专利名称：电场与压力协同作用下的污泥脱水造粒装置及方法
技术领域：
本发明属于污泥脱水造粒装置，特别涉及一种电场与压力协同作用下的污泥脱水造粒装置及方法。
背景技术：
污泥包括含城市污水厂污泥、给水厂污泥、排水沟道污泥、水体疏浚淤泥等，其量远大于城市生活垃圾量，而且城市污泥含有较高的污染物含量。其中城市污水厂剩余污泥的有机质含量为城市污水的10倍，污水厂脱水污泥饼中的致病微生物含量比城市生活垃圾高几个数量级。此外，各种污泥中还可能含有重金属、剧毒有机物等污染物质。因此，城市污泥对环境可能造成的危害是严重的。污泥因其液-固相混合物的浆态特征而成为一类与液态和固态废弃物均有区别的废弃物。它不仅在产生时有浆态物的特征，而且其液、固混合状态具有一定的稳定性，通常仅在施加极大的外加作用力(物理、化学)时才能固、液分离，因此，其管理与处理技术体系均有不同于其他废弃物的特征。在污泥的物流特性中，含水率高是一个最显著的特征，不仅会因污泥体积庞大造成后续物流输送困难、处理设备容量大、经济性差等问题，而且绝大部分的污泥最终处理与利用过程也与过高含水率的物流不相容。因此，污泥处理中污泥的脱水占有非常重要的地位。污泥中水分的脱除与其内部水分的存在形式有很大关系。常规的机械脱水通常只能去除自由水分，而剩余水分被看作为“边界水分”，边界水分是机械脱水的理论极限。经机械脱水后的污泥含水率仍高达75 85%。如此高的含水对于污泥后续处理产生了很大困难和较高的经济成本，如焚烧、填埋等，而污泥干燥则需要消耗很大的热能，其成本更高。因此，污泥处理领域非常需要开发新的污泥脱水方法，经济、快速地脱出多余水分，降低污泥含水量。除干燥外，电渗透脱水(又称电场脱水或电脱水)是一种可以实现深度脱水的技术方法。该技术是基于电场下固体颗粒表面产生的电渗流而进行的固-液分离过程，即利用外加直流电场增强物料的脱水能力。由于将脱水作用直接发生在污泥颗粒的内、外表面， 同时脱出自由水分、间隙水分和部分表面结合水分，因此可以实现深度脱水。电脱水技术早有提出，但多局限于实验室研究，工业应用设备很少，其应用的困难主要是电场形式及与机械压力的结合方式，目前应用的电场多为双滚筒电场和板式平行电场。在应用中，双滚筒电场存在电脱水时间偏短和脱水效率偏低的问题，板式平行电场则存在电场稳定性差和压力分布不均等问题。此外，当前应用的电脱水方法中，还存在如下问题难以克服⑴机械压力均是通过滚筒或板状电极间接施加在污泥上，存在压力分布不均、干斑和液相不连续等问题；(2) 为进料方便和防止电场短路，通常常用偏厚的滤布，对水分渗透和移除影响较大；C3)不具备造粒功能，电脱水后的污泥为不规则片状，对于后续处理所特殊需要的其他颗粒形状难以实现。鉴于上述问题，电脱水设备的运行稳定性和可靠性下降，极大制约了该技术的应用。因此，需要对原有电脱水技术进行创新，该方法方能有所突破，并获得广泛应用。
发明内容
本发明提出了一种电场与压力协同作用下的污泥脱水造粒一体化装置，由板状电极和造粒挡板共同组成封闭或半封闭腔体，机械压力在进泥的同时直接作用在污泥上，保证脱水腔体内压力分布均勻，且滤布很薄或取消滤布，进而减少水分运动阻力。在电场与机械压力的共同作用下可以更加快速、高效地脱除污泥中的水分，并同步实现造粒功能，进一步减少污泥体积和后续处理的成本，并为后续的干化、焚烧、堆肥等提供不同尺寸的颗粒态物料。本发明的技术方案如下一种电场与压力协同作用下的污泥脱水造粒装置，其特征是由板状电极和造粒挡板共同组成封闭或半封闭腔体，腔体两侧分别为板状导电体作为脱水电场的阴阳极；阳极为金属平板，阴极为金属网状平板电极，分别与直流电源的正负极相连接；造粒挡板的排泥口尺寸设计决定于出料颗粒大小要求和物料压力需要，其开孔率为30% -80%。所述排泥口形状为圆形或椭圆形或方形。本发明的在电场与压力协同作用下的污泥脱水造粒方法，在阴极与阳极之间将形成电场，机械压力在进泥的同时直接作用在污泥上，电场的电压控制在10 100V之间，施加在泥饼两侧的机械压力差值控制在1000 0. 3MPa之间。所述的直流电源采用非连续性供电方式。所述的污泥与网状阴极间采用滤布隔离。所述的所述的电场网状阴极外侧用吸水材料吸去移动而来的水分，或采用刮板刮去移动而来的水分，或采用刷子刷去移动而来的水分。造粒挡板排泥口尺寸根据所需物料颗粒大小设定。具体说明如下在脱水过程中，污泥加压后进入脱水腔体，腔体两侧分别为板状导电体作为脱水电场的阴阳极。阳极为金属平板，阴极为金属网状平板电极，分别与直流电源的正负极相连接。在阴极与阳极之间将形成电场，电场中充满待脱水的污泥介质并与电极紧密接触。由于活性污泥中的粒子带有负电，与水中的离子一起在表面会形成电气二重层，包括固定离子层和扩散离子层。在电场作用下，粒子表面的电气二重层将会发生相对滑动，带负电的粒子或离子(污泥颗粒)向阳极移动，带正电的粒子或离子向阴极移动。污泥的移动有时候会受到拘束，而污泥中的毛细管残留水分则在正离子带动下向阴极发生移动。阴极附近聚集的水分脱离阴极和污泥后就实现了脱水。本发明在脱水过程中，污泥自电场一端加压进入，经电场脱水后自另一端的造粒挡板排出，注泥压力和造粒挡板的阻挡共同决定了物料脱水的机械压力大小。通过所受的挤压力减少污泥颗粒间的间隙，使得容纳水分减少，析出水分透过污泥饼网状阴极侧脱离污泥，达到脱水目的。造粒挡板的排泥口尺寸设计决定于出料颗粒大小要求和物料压力需要，其开孔率为30% -80%，排泥口形状为圆形或椭圆形或方形。本发明中采用的电极要求具有导电功能，阳极为平板状，阴极为网状。如果阴极不具备过滤功能，即不能将水分与污泥颗粒进行分离，则需要在阴极与污泥之间设置过滤材料。可以采用具有导电功能的滤布兼作电极，如将金属丝网植入滤布中，也可以将带有孔隙的电极与滤布压制在一起实现导电与过滤的功能。在电场与机械压力的共同作用下，污泥内部水分运动并聚集在阴极侧和过滤介质表面，借助于水分的重力可以脱离过滤介质而实现分离作用，或者通过刮板分离聚集水分， 或者采用刷子刷分聚集水分而实现分离作用，或者采用吸水材料吸去移动而来的水分。本发明所用电场由直流电源或脉冲式电源提供，其供给方式是连续方式或间歇方式。电源除直流供电方式外，也可以是脉冲式供电方式。各种方式中的脉冲供电方式可以以最简单的商业电源作电源，脉冲波形无特别要求，占空比可依具体情况调节。当然，也可以用直流电间隔通断的方式来实现间歇式通电，即在某一时间段通电，某一时间段断电的方式。本发明中污泥泥饼的厚度在2mm IOmm之间，根据脱水需要时间、污泥特性、产品含水率要求等决定。泥饼厚度较大将增加脱水时间，如缩短脱水时间则产品含水率将增加。 电场的电压控制在10 100V之间，较高的电压可以增加污泥内部水分的运动动力，缩短脱水时间，降低产品含水率，但同时也增加了电场电能的消耗。本发明中污泥脱水需要电场与压力协同作用完成，施加在泥饼两侧的机械压力差值控制在1000 0. 之间，对一定厚度的泥饼和一定的电场电压而言，机械压力差存在一个最佳值，小于或者大于这个最佳值都会影响污泥脱水的时间和效果。利用此方法可以克服传统机械脱水方式脱水率低的困难，快速而高效的脱出污泥多余水分并同时实现造粒功能，有利于污泥减量化，对污泥的后续运输与处置创造了便捷条件。
图1 实施例1示意图；图2:实施例2示意图；图3:实施例3示意图。
具体实施例方式实施例1 如图1所示，金属板状阳极1和网状阴极3平行布置，间距5mm，并分别与直流电源 6正负极连接。网状阴极3与污泥2之间铺有滤布7。待脱水污泥2经加压0. IMI^a后自进泥口 4注入，在电场作用下脱水的同时向出口移动，污泥中的水分通过滤布7和阴极3后被刮板8刮离后完成脱水过程。脱水后的污泥经造粒挡板5挤压成颗粒后排出，排泥口形状为圆形，开孔率为50%。直流电源供电采用连续稳压方式，供电电压为50V士 10V。此例可产生圆柱形污泥颗粒，其污泥含水率可由80 %左右降低至60 % -70 %之间。实施例2 如图2所示，金属板状阳极1和网状阴极3平行布置，间距2mm，并分别与直流电源 6正负极连接。网状阴极3自身带有过滤功能。待脱水污泥2经加压1000 后自进泥口 4 注入，在电场作用下脱水的同时向出口移动，污泥中的水分通过阴极3后被刷子9刷离后完成脱水过程。脱水后的污泥经造粒挡板5挤压成颗粒后排出，排泥口形状为条形，开孔率为 80%。直流电源供电采用连续稳压方式，供电电压为IOV0此例可产生薄片状污泥，其污泥含水率可由80%左右降低至70%。实施例3:如图3所示，金属板状阳极1和网状阴极3平行布置，间距10mm，并分别与直流电源6正负极连接。网状阴极3自身带有过滤功能。待脱水污泥2经加压0.3MI^后自进泥口 4注入，在电场作用下脱水的同时向出口移动，污泥中的水分通过阴极3后被吸水材料10 分离后完成脱水过程。脱水后的污泥经造粒挡板5挤压成颗粒后排出，排泥口形状为椭圆形，开孔率为30%。直流电源采用脉冲供电方式，供电电压为80 100V，每个供电周期供电时间占80%。此例可产生块状污泥，其污泥含水率可由80%左右降低至60%。
权利要求
1.一种电场与压力协同作用下的污泥脱水造粒装置，其特征是由板状电极和造粒挡板共同组成封闭或半封闭腔体，腔体两侧分别为板状导电体作为脱水电场的阴阳极；阳极为金属平板，阴极为金属网状平板电极，分别与直流电源的正负极相连接；造粒挡板的排泥口尺寸设计决定于出料颗粒大小要求和物料压力需要，其开孔率为30% -80%。
2.如权利要求1所述的装置，其特征是所述排泥口形状为圆形或椭圆形或条形。
3.权利要求1或2的在电场与压力协同作用下的污泥脱水造粒方法，其特征是阴极与阳极之间将形成电场，机械压力在进泥的同时直接作用在污泥上，电场的电压控制在10 100V之间，施加在泥饼两侧的机械压力差值控制在10001 0. 3MPa之间。
4.如权利要求3所述的方法，其特征是所述的直流电源采用非连续性供电方式。
5.如权利要求3所述的方法，其特征是所述的污泥与网状阴极间采用滤布隔离。
6.如权利要求3所述的方法，其特征是所述的所述的电场网状阴极外侧用吸水材料吸去移动而来的水分，或采用刮板刮去移动而来的水分，或采用刷子刷去移动而来的水分。
7.如权利要求3所述的方法，其特征是造粒挡板排泥口尺寸根据所需物料颗粒大小设定。
全文摘要
本发明涉及一种电场与压力协同作用下的污泥脱水造粒装置及方法。由板状电极和造粒挡板共同组成封闭或半封闭腔体，腔体两侧分别为板状导电体作为脱水电场的阴阳极；阳极为金属平板，阴极为金属网状平板电极，分别与直流电源的正负极相连接；造粒挡板的排泥口尺寸设计决定于出料颗粒大小要求和物料压力需要，其开孔率为30％一80％。利用此方法可以克服传统机械脱水方式脱水率低的困难，快速而高效的脱出污泥多余水分并同时实现造粒功能，有利于污泥减量化，对污泥的后续运输与处置创造了便捷条件。
文档编号B01J2/20GK102503069SQ20111035497
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月10日 优先权日2011年11月10日
发明者裴杨安, 马德刚 申请人:天津大学